厦门高崎机场2017—2020年地面风突变特征分析
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2021 年 6 月 第 6 期 总第 174 期
海峡科学 Straits Science
June 2021 No. 6,Total 174th
厦门高崎机场 2017—2020 年地面风突变特征分析
胡凯文 郭秀凤 罗忠红 王健治
( 民航厦门空管站气象台,福建 厦门 361006)
[摘要] 在航空运行中,地面风突变对飞机起降有着重要影响,然而实际工作中地面风突变的预报难度大,漏报率 高。 该文利用厦门高崎国际机场( 简称厦门机场)2017—2020 年的天气报告和常规天气图等资料,对厦门机场地 面风突变的特征进行统计学分析,结果发现,①厦门机场每年有近 50% 的天数会发生地面风的突变,且其具有明显 的季节和日变化特征。 夏季最多,冬季最少;05UTC( 世界协调时,下同) 最多,19UTC 最少。 ②突变的日峰值出现 时间与季节相关,夏季较早,冬季较晚。 ③在造成地面风突变的影响因子中,夏季海陆效应占主导地位,冬季则是 以冷空气为主。 ④有近 15% 的地面风突变对航空运行造成重要影响,主要发生在夏季和春季,并且集中发生在航 班的密集时段(05 ~ 09 时) 。 [关键词] 厦门高崎国际机场 地面风 突变特征
由于地面风在航空气象和飞行中的重要性,此前 已有许多学者针对不同机场地面风的特征进行了研 究,房云龙等[3] 对上海虹桥机场的地面风日变化特征
进行统计研究及分析,结果表明,虹桥机场地面风日 变化显著,各季节东南风频率呈正弦波形,造成风向 日变化的原因是上海地区存在南支海风环流和东支 海风环流;肖志宇等[4] 对厦门机场地面风的年、日变 化特征进行了统计分析,发现厦门机场地面风向存在 显著日变化特征,东北风频率中午减小,傍晚达到极 小值,夜间及次日清晨达到极大值,东南风频率中午 开始增大,傍晚达到极大值,夜间迅速减小;西北偏西 风清晨达到极大值,上午迅速降低。 段新安[5] 对新桥 机场风的趋势影响因素进行了分析。 郭秀凤等[2] 对 厦门机场风的显著变化特征对管制员的工作效能影 响进行了统计分析,发现地面风的显著变化会降低管 制员的工作效能。 上述研究多是针对机场地面风变 化的气候特征分析,对风的突变规律和影响因子分析 较少。
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HAI XIA KE XUE
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2021 年第 6 期
的例行天气报告和特殊天气报告为基础,结合常规天 气图资料 对 厦 门 机 场 地 面 风 突 变 的 特 征 进 行 统 计 分 析,探究造成地面风突变的主要气象因子,对于提高地 面风突变的预报准确率和更好地提供航空气象服务有 一定意义。
表 1 2017—2020 年厦门机场地面风突变的平均月分布
月份 发生突变天数 / 天
1月 5. 75
2月 8. 25
3月 9. 25
4月 14. 25
5月 15. 75
6月 15. 75
7月 20. 75
8ห้องสมุดไป่ตู้ 22. 75
9 月 10 月 11 月
17
11. 25
9
12 月 10. 5
3. 2 地面风突变的日变化特征 图 1 为 2017—2020 年厦门机场地面风突变的平均
结合《民用航空气象预报规范》 趋势预报地面风发
布标准 以 及 《 民 用 航 空 气 象 地 面 观 测 规 范》 地 面 风 SPECI 发布标准,本文将厦门机场地面风突变的统计标 准定义为 2 小时内机场天气报告中的风满足以下条件 之一:①风向变化大于等于 60 度且变化前或 / 和变化 后风速大于等于 5m / s;②风速变化大于等于 5m / s;③ 阵风变化大于等于 5m / s 且变化前或 / 和变化后风速大 于等于 8m / s。
最主要因子,占比达 61. 4% ;其次是对流天气和冷空气 影响,占比分别为 18. 4% 和 18. 1% ;台风因整体样本较 少,仅占造成地面风突变的主导因子次数的 2% 。
为深入了解上述三类主要影响因子对地面风突变影 响的具体分布特征,对厦门机场 2017—2020 年平均海陆效 应、对流天气以及冷空气造成地面风突变的月际分布图 3 (b)和日变化分布特征进行统计分析,如图 3(c)所示。
2 资料选取及处理
2. 1 资料选取 厦门机场的地面风观测是由空管站气象观测员利
用部署在机场跑道两端的风探测仪获取。 观测结果主 要通过发布机场天气报告的方式传送至用户手中。 一 般情况下,固定每小时或半小时发布一次天气报告,称 为例行天气报告( 以下简称 METAR 报) ,两份 METAR 之间,当风发生显著变化达到行业标准时,需要立即发 布一份 特 殊 天 气 报 告 ( 以 下 简 称 SPECI 报) 。 因 此, METAR 和 SPECI 报可以很好地反映机场地面风的显 著变化过程。 本文采用的资料为厦门空管站气象台 2017—2020 年发布的逐时 METAR 报和不定时的 SPECI 报。 2. 2 机场地面风突变的统计标准
( b) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 月平均次数分布
( c) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 日平均次数分布
图3 ·21·
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2021 年第 6 期
全年各月均有因海陆风效应导致的地面风突变, 其中 4 ~ 10 月为高发期, 平 均 达 146. 5 时 次, 占 总 数 (178. 25 时次) 的 82. 2% ,多出现在中午前后(03 ~ 07 时) ,达 130. 25 时次,占总数(178. 25 时次) 的 73. 1% 。 在金文琪[8] 和荀爱萍等[7] 的研究中,海风通常开始于 02 ~ 04 时,在午后 06 ~ 09 时达到高峰,与本文中峰值 出现的时次较为匹配,陆风的频次较少且海风的速度 远大于陆 风, 由 于 触 发 风 的 突 变 前 后 风 速 至 少 达 到 5m / s,所以相较海风较为强盛的午后,在陆风较为活跃 的夜间较午后难以达到触发地面风突变的标准。
日分布情况,由图 1 可知,各时次均有发生地面风突 变。 其中 05 时( UTC,下同) 风发生突变的次数最多, 平均有 45. 25 次;其次是 04 时和 06 时,分别有 44. 25 次和 35. 5 次;19 时 发 生 突 变 的 时 次 最 少, 只 有 2. 75 次。 白天(23 ~ 10 时) 发生的次数(245. 5 次) 远多于夜 间(11 ~ 22 时) 发生的次数(55 次) 。 白天时段中绝大 多数集中在中午至下午时段,共有 169. 75 次,占白天 总数的 69. 1% 。 以上分析表明,厦门机场风的突变虽 然在一天中任何时段均有可能发生,但绝大多数发生 在白天,且 主 要 集 中 在 中 午 到 下 午 时 段, 午 时 达 最 高 峰,凌晨为最低值。
图 1 2017—2020 年厦门机场地面风突变的 平均日分布
3. 3 地面风突变逐月日变化特征 从上文分析 可 知, 平 均 而 言 厦 门 机 场 地 面 风 的 突
变具有明显的季节变化和日变化特征,但对于不同月 份,地面风突变的日变化特征也遵循一定规律,我们对 2017—2020 年厦门机场地面风的突变进行了逐月逐时
[ 中图分类号] P48. 1 + 23
[文献标识码] A
[ 文章编号] 1673 - 8683(2021)06 - 0019 - 05
1 概述
航空气象中,风是十分重要的气象要素,对飞行安 全有着重要的影响,高空风影响飞机的稳定性和载荷 力,地面风和 600m 以下的低空风影响飞机的起降。 中 国民用航空空中交通管理规则( CCAR - 93TM - R2) 第 一百四十 条 规 定, 航 空 器 通 常 应 当 逆 风 起 飞 和 着 陆。 当飞机在顺风环境下起降时,需要更长的滑跑距离,并 使飞机的升力减小,容易发生飞行事故。 国际事故调 查分析表明,有近 20% 的飞行事故与气象条件有关,其 中有近 50% 是与风相关[1] 。 同时,由于飞机的起降跑 道方向是由管制员根据地面风的风向风速来决定的, 因此当地面风向风速发生突变,不适合原跑道方向使 用时,管制员需要立即更换跑道方向,使所有等待降落 或起飞的飞机重新排序,这一方面增加了管制员的工 作负荷[2] 和潜在安全隐患,另一方面增加飞机的等待 时间,增加航空公司的运营成本。 因此,地面风突变的 预报质量对飞行安全有着重要意义。
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统计分析(图 2)。 由图 2 可知,各月的日变化特征非常 相似,地面风突变的次数上午快速增加,午时至下午达 到峰值后快速减少,入夜后则维持在很少的频次,低谷 出现在凌晨。 但各月日突变峰值出现的时间有所不 同,在较为炎热的春夏之交(4 ~ 5 月) 和夏季(6 ~ 8 月) 为 04 时,较为寒冷的秋冬之交(11 月) 和冬季(12 月 ~ 1 月) 为 06 时,而在两者之间的 2 ~ 3 月及 9 ~ 10 月则 为 05 时,说明地面风突变的日峰值出现时间随季节变 迁有自夏至冬逐步变晚,自冬至夏随着温度的回升逐 步变早的变化规律。 除此之外,从图 2 还发现,4 ~ 7 月 呈现单峰结构,风的突变集中在 03 ~ 06 时,8 月开始, 傍晚后发生地面风突变的时次增加,逐步表现出双峰的 态势,8 ~ 10 月及 2 ~ 3 月的次峰值通常在傍晚到夜间, 而 11 月 ~ 1 月的次峰值进一步推迟到次日早晨,其中在 12 月 00 时 ~ 01 时突变次数超过了 06 时的突变次数。
( a) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 年平均次数分布
图 2 2017—2020 年逐月厦门机场地面风的突变 平均日分布
3. 4 影响地面风突变的因子分析 以上分析说 明, 厦 门 机 场 地 面 风 的 突 变 具 有 明 显
的季节和日变化特征,为研究其演变特征发生的机理, 我们从影响厦门地面风的气象因子入手,统计筛选出 造成地面风突变的主要气象因子。 对 2017—2020 年 以来发生地面风突变时的天气形势的统计分析,发现 与机场地面风突变有紧密联系的气象因子主要有以下 4 类:①海陆效应;②冷空气;③对流天气;④台风。 图 3 为厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风 的突变的年平均、月际平均及日平均次数分布,由图 3 ( a) 可知,海陆效应是引起厦门机场地面风发生突变的
全年各 月 也 均 有 因 冷 空 气 影 响 导 致 的 地 面 风 突 变,其高发期为 11 月 ~ 次年 4 月,平均达 33. 75 时次, 占总数(52. 5 时次) 的 64. 3% , 多出 现 在 早 晨 和 傍 晚 后,达 22. 5 时次,占总数(52. 5 时次) 的 42. 85% 。
厦门机 场 是 中 国 东 南 沿 海 重 要 的 区 域 性 航 空 枢 纽,日均航班起降架次已超过 500 架次,接近单跑道起 降架次的极限容量,在全国单跑道运行机场中排名首 位。 但因地处台湾海峡西侧,受特殊地形影响,海陆风 效应 明 显[6 -7] , 地 面 风 突 变 较 为 频 繁, 对 飞 行 影 响 大[2] 。 本文以 2017—2020 年厦门空管站气象台发布
3 统计结果分析
3. 1 地面风突变的月分布特征 厦门机场在 2017—2020 年期间共有 641 天发生了
地面风的突变,平均每年有 160. 25 天,即一年中有接 近一半(43. 9% ) 的天数会出现地面风的突变。 各月出 现地面风突变的天数分布如表 1 所示,1 ~ 8 月逐月增 加,9 ~ 11 月逐月减少,12 月又有小幅增加。 8 月达到 最高峰值,平均有 22. 75 天,1 月为最低值,平均有 5. 75 天。 总体而言,春季缓慢增加,夏季逐月显著增加,秋 季逐月显著减少,冬季先增后减。 月平均地面风突变 天数达到 15 天以上有 5 个月,分别是 5 ~ 9 月,说明厦 门机场在夏季及春夏、夏秋换季时节容易出现地面风 的突变。
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厦门高崎机场 2017—2020 年地面风突变特征分析
胡凯文 郭秀凤 罗忠红 王健治
( 民航厦门空管站气象台,福建 厦门 361006)
[摘要] 在航空运行中,地面风突变对飞机起降有着重要影响,然而实际工作中地面风突变的预报难度大,漏报率 高。 该文利用厦门高崎国际机场( 简称厦门机场)2017—2020 年的天气报告和常规天气图等资料,对厦门机场地 面风突变的特征进行统计学分析,结果发现,①厦门机场每年有近 50% 的天数会发生地面风的突变,且其具有明显 的季节和日变化特征。 夏季最多,冬季最少;05UTC( 世界协调时,下同) 最多,19UTC 最少。 ②突变的日峰值出现 时间与季节相关,夏季较早,冬季较晚。 ③在造成地面风突变的影响因子中,夏季海陆效应占主导地位,冬季则是 以冷空气为主。 ④有近 15% 的地面风突变对航空运行造成重要影响,主要发生在夏季和春季,并且集中发生在航 班的密集时段(05 ~ 09 时) 。 [关键词] 厦门高崎国际机场 地面风 突变特征
由于地面风在航空气象和飞行中的重要性,此前 已有许多学者针对不同机场地面风的特征进行了研 究,房云龙等[3] 对上海虹桥机场的地面风日变化特征
进行统计研究及分析,结果表明,虹桥机场地面风日 变化显著,各季节东南风频率呈正弦波形,造成风向 日变化的原因是上海地区存在南支海风环流和东支 海风环流;肖志宇等[4] 对厦门机场地面风的年、日变 化特征进行了统计分析,发现厦门机场地面风向存在 显著日变化特征,东北风频率中午减小,傍晚达到极 小值,夜间及次日清晨达到极大值,东南风频率中午 开始增大,傍晚达到极大值,夜间迅速减小;西北偏西 风清晨达到极大值,上午迅速降低。 段新安[5] 对新桥 机场风的趋势影响因素进行了分析。 郭秀凤等[2] 对 厦门机场风的显著变化特征对管制员的工作效能影 响进行了统计分析,发现地面风的显著变化会降低管 制员的工作效能。 上述研究多是针对机场地面风变 化的气候特征分析,对风的突变规律和影响因子分析 较少。
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的例行天气报告和特殊天气报告为基础,结合常规天 气图资料 对 厦 门 机 场 地 面 风 突 变 的 特 征 进 行 统 计 分 析,探究造成地面风突变的主要气象因子,对于提高地 面风突变的预报准确率和更好地提供航空气象服务有 一定意义。
表 1 2017—2020 年厦门机场地面风突变的平均月分布
月份 发生突变天数 / 天
1月 5. 75
2月 8. 25
3月 9. 25
4月 14. 25
5月 15. 75
6月 15. 75
7月 20. 75
8ห้องสมุดไป่ตู้ 22. 75
9 月 10 月 11 月
17
11. 25
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12 月 10. 5
3. 2 地面风突变的日变化特征 图 1 为 2017—2020 年厦门机场地面风突变的平均
结合《民用航空气象预报规范》 趋势预报地面风发
布标准 以 及 《 民 用 航 空 气 象 地 面 观 测 规 范》 地 面 风 SPECI 发布标准,本文将厦门机场地面风突变的统计标 准定义为 2 小时内机场天气报告中的风满足以下条件 之一:①风向变化大于等于 60 度且变化前或 / 和变化 后风速大于等于 5m / s;②风速变化大于等于 5m / s;③ 阵风变化大于等于 5m / s 且变化前或 / 和变化后风速大 于等于 8m / s。
最主要因子,占比达 61. 4% ;其次是对流天气和冷空气 影响,占比分别为 18. 4% 和 18. 1% ;台风因整体样本较 少,仅占造成地面风突变的主导因子次数的 2% 。
为深入了解上述三类主要影响因子对地面风突变影 响的具体分布特征,对厦门机场 2017—2020 年平均海陆效 应、对流天气以及冷空气造成地面风突变的月际分布图 3 (b)和日变化分布特征进行统计分析,如图 3(c)所示。
2 资料选取及处理
2. 1 资料选取 厦门机场的地面风观测是由空管站气象观测员利
用部署在机场跑道两端的风探测仪获取。 观测结果主 要通过发布机场天气报告的方式传送至用户手中。 一 般情况下,固定每小时或半小时发布一次天气报告,称 为例行天气报告( 以下简称 METAR 报) ,两份 METAR 之间,当风发生显著变化达到行业标准时,需要立即发 布一份 特 殊 天 气 报 告 ( 以 下 简 称 SPECI 报) 。 因 此, METAR 和 SPECI 报可以很好地反映机场地面风的显 著变化过程。 本文采用的资料为厦门空管站气象台 2017—2020 年发布的逐时 METAR 报和不定时的 SPECI 报。 2. 2 机场地面风突变的统计标准
( b) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 月平均次数分布
( c) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 日平均次数分布
图3 ·21·
HAI XIA KE XUE
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全年各月均有因海陆风效应导致的地面风突变, 其中 4 ~ 10 月为高发期, 平 均 达 146. 5 时 次, 占 总 数 (178. 25 时次) 的 82. 2% ,多出现在中午前后(03 ~ 07 时) ,达 130. 25 时次,占总数(178. 25 时次) 的 73. 1% 。 在金文琪[8] 和荀爱萍等[7] 的研究中,海风通常开始于 02 ~ 04 时,在午后 06 ~ 09 时达到高峰,与本文中峰值 出现的时次较为匹配,陆风的频次较少且海风的速度 远大于陆 风, 由 于 触 发 风 的 突 变 前 后 风 速 至 少 达 到 5m / s,所以相较海风较为强盛的午后,在陆风较为活跃 的夜间较午后难以达到触发地面风突变的标准。
日分布情况,由图 1 可知,各时次均有发生地面风突 变。 其中 05 时( UTC,下同) 风发生突变的次数最多, 平均有 45. 25 次;其次是 04 时和 06 时,分别有 44. 25 次和 35. 5 次;19 时 发 生 突 变 的 时 次 最 少, 只 有 2. 75 次。 白天(23 ~ 10 时) 发生的次数(245. 5 次) 远多于夜 间(11 ~ 22 时) 发生的次数(55 次) 。 白天时段中绝大 多数集中在中午至下午时段,共有 169. 75 次,占白天 总数的 69. 1% 。 以上分析表明,厦门机场风的突变虽 然在一天中任何时段均有可能发生,但绝大多数发生 在白天,且 主 要 集 中 在 中 午 到 下 午 时 段, 午 时 达 最 高 峰,凌晨为最低值。
图 1 2017—2020 年厦门机场地面风突变的 平均日分布
3. 3 地面风突变逐月日变化特征 从上文分析 可 知, 平 均 而 言 厦 门 机 场 地 面 风 的 突
变具有明显的季节变化和日变化特征,但对于不同月 份,地面风突变的日变化特征也遵循一定规律,我们对 2017—2020 年厦门机场地面风的突变进行了逐月逐时
[ 中图分类号] P48. 1 + 23
[文献标识码] A
[ 文章编号] 1673 - 8683(2021)06 - 0019 - 05
1 概述
航空气象中,风是十分重要的气象要素,对飞行安 全有着重要的影响,高空风影响飞机的稳定性和载荷 力,地面风和 600m 以下的低空风影响飞机的起降。 中 国民用航空空中交通管理规则( CCAR - 93TM - R2) 第 一百四十 条 规 定, 航 空 器 通 常 应 当 逆 风 起 飞 和 着 陆。 当飞机在顺风环境下起降时,需要更长的滑跑距离,并 使飞机的升力减小,容易发生飞行事故。 国际事故调 查分析表明,有近 20% 的飞行事故与气象条件有关,其 中有近 50% 是与风相关[1] 。 同时,由于飞机的起降跑 道方向是由管制员根据地面风的风向风速来决定的, 因此当地面风向风速发生突变,不适合原跑道方向使 用时,管制员需要立即更换跑道方向,使所有等待降落 或起飞的飞机重新排序,这一方面增加了管制员的工 作负荷[2] 和潜在安全隐患,另一方面增加飞机的等待 时间,增加航空公司的运营成本。 因此,地面风突变的 预报质量对飞行安全有着重要意义。
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统计分析(图 2)。 由图 2 可知,各月的日变化特征非常 相似,地面风突变的次数上午快速增加,午时至下午达 到峰值后快速减少,入夜后则维持在很少的频次,低谷 出现在凌晨。 但各月日突变峰值出现的时间有所不 同,在较为炎热的春夏之交(4 ~ 5 月) 和夏季(6 ~ 8 月) 为 04 时,较为寒冷的秋冬之交(11 月) 和冬季(12 月 ~ 1 月) 为 06 时,而在两者之间的 2 ~ 3 月及 9 ~ 10 月则 为 05 时,说明地面风突变的日峰值出现时间随季节变 迁有自夏至冬逐步变晚,自冬至夏随着温度的回升逐 步变早的变化规律。 除此之外,从图 2 还发现,4 ~ 7 月 呈现单峰结构,风的突变集中在 03 ~ 06 时,8 月开始, 傍晚后发生地面风突变的时次增加,逐步表现出双峰的 态势,8 ~ 10 月及 2 ~ 3 月的次峰值通常在傍晚到夜间, 而 11 月 ~ 1 月的次峰值进一步推迟到次日早晨,其中在 12 月 00 时 ~ 01 时突变次数超过了 06 时的突变次数。
( a) 厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风的突变 年平均次数分布
图 2 2017—2020 年逐月厦门机场地面风的突变 平均日分布
3. 4 影响地面风突变的因子分析 以上分析说 明, 厦 门 机 场 地 面 风 的 突 变 具 有 明 显
的季节和日变化特征,为研究其演变特征发生的机理, 我们从影响厦门地面风的气象因子入手,统计筛选出 造成地面风突变的主要气象因子。 对 2017—2020 年 以来发生地面风突变时的天气形势的统计分析,发现 与机场地面风突变有紧密联系的气象因子主要有以下 4 类:①海陆效应;②冷空气;③对流天气;④台风。 图 3 为厦门机场 2017—2020 年在不同影响因子主导下风 的突变的年平均、月际平均及日平均次数分布,由图 3 ( a) 可知,海陆效应是引起厦门机场地面风发生突变的
全年各 月 也 均 有 因 冷 空 气 影 响 导 致 的 地 面 风 突 变,其高发期为 11 月 ~ 次年 4 月,平均达 33. 75 时次, 占总数(52. 5 时次) 的 64. 3% , 多出 现 在 早 晨 和 傍 晚 后,达 22. 5 时次,占总数(52. 5 时次) 的 42. 85% 。
厦门机 场 是 中 国 东 南 沿 海 重 要 的 区 域 性 航 空 枢 纽,日均航班起降架次已超过 500 架次,接近单跑道起 降架次的极限容量,在全国单跑道运行机场中排名首 位。 但因地处台湾海峡西侧,受特殊地形影响,海陆风 效应 明 显[6 -7] , 地 面 风 突 变 较 为 频 繁, 对 飞 行 影 响 大[2] 。 本文以 2017—2020 年厦门空管站气象台发布
3 统计结果分析
3. 1 地面风突变的月分布特征 厦门机场在 2017—2020 年期间共有 641 天发生了
地面风的突变,平均每年有 160. 25 天,即一年中有接 近一半(43. 9% ) 的天数会出现地面风的突变。 各月出 现地面风突变的天数分布如表 1 所示,1 ~ 8 月逐月增 加,9 ~ 11 月逐月减少,12 月又有小幅增加。 8 月达到 最高峰值,平均有 22. 75 天,1 月为最低值,平均有 5. 75 天。 总体而言,春季缓慢增加,夏季逐月显著增加,秋 季逐月显著减少,冬季先增后减。 月平均地面风突变 天数达到 15 天以上有 5 个月,分别是 5 ~ 9 月,说明厦 门机场在夏季及春夏、夏秋换季时节容易出现地面风 的突变。